Способ определения содержания лигнина в лигноцеллюлозном материале Советский патент 1988 года по МПК D21C9/12 D21C3/18 G01N27/46 

со

9д

сл

Изобретение относится к химии древесины и технологии целлюлозы и может быть использовано для быстрого определения содержания лигнииа (степень провара) в лигноцеллюлоз- ных материалах (целлюлозы высокого выхода - ЦВВ, сульфатная целлюлоза, термомеханическая масса - ТММ, древесина )

Цель изобретения - повышение точности определения.

В предлагаемом способе определения содержания лигнина перед электрохимическим хлорированием проводят предварительную обработку лигноцел- люлозного материала 0,1 - 0,5 н. paiCT- вором гидроксида натрия в течение 5-15 мин, а электрохимическое хлорирование осуществляют в бездиафраг- менном электролизере.

Электрохимическое хлорирование ведут в. 1-2 н, растворе соляной кислоты при удельной силе тока 0,08 - 1,25 А/г,

содержания лигнина (% пог- проводят по форму-

Расчет

лощенного хлора) ле:

32

gК

к:

т 100

постоянных (для силы тока

. 0,1045

де 1,32 - количество хлора, выделяющегося на 1 А,ч. г; К - коэффициент выхода хлора

по току (0, в 40 1-2 H.HCl); I - сила тока; , - время электрохимического хлорирования (до +800 - -1000 мВ);45

g - навеска исследуемого лиг- ноцеллюлозного материала, г; ,

Kj - константа сухости целлюлозного материала;50 60 - коэффициент пересчета времени (мин в час); X - хлорное число, равное % поглощенного хлора за а время определения (/S от 55 массы абсолютно сухого целлюлозного материала). По хлорному числу вычисляют жестость целлюлозы в перманганатных единицах по уравнениям (1) и (З) для сульфатной хвойной и лиственной (соответственно) целлюлоз. По уравнению .(2) вычисляют содержание лигнина в хвойных лнгноцеллкшозных материалах;

Y- 36,03 X - Y, 1,145 Х- Y 51,5 X 12,4 0,41 44,6

(О (2) (3)

5

0

5

0

5

0 5

0 5

где Y Yft жесткость, п.е.;

содержание лигнина, %; X - хлорное число. Среднеквадратичная ошибка при вычислении остаточного лигнина по хлорному числу равна:

для для для

п

уравнения уравнения уравнения р и м е р

(1)т(р ±1,82

(2)Ю(. ±0,10

(3)mi, ±0,67

известному

спо1 (по

собу). Навеску (50 мг) абсолютно сухой древесной муки из экстрагированных спирто-бензольной смесью сосновых опилок помещают в стеклянный стаканчик (от рН-метра, емкостью 40 мл). Осторожно заливают 30 мл 1 и, раствора соляной кислоты, перемешивают 5 мин магнитной мешалкой. Осуществляют электрохимическое хлорирование в даафрагменном электролизере для чего устанавливают крышку с paбoчи lи электродами (анодом и катодом, изолированным специальной камерой и диафрагмой) и измерительными (платиновый индикаторный из проволоки диаметром 0,5 мм и хлорсереб- ряный насыщенный). Контроль величины окислительно-восстановительного потенциала ведут при помощи рН-метра рН - 673 и потенциометра-самописца КСП-4, Электролиз, ведут при силе тока 50 мА при комнатной температуре. Величина окислительно-восстановительного потенциала в начальный момент составляет +450 мВ и с началом электролиза начинает повышаться и достигает по окончании титрования +1080 мВ относительно насыщенного хлорсереб- ряного электрода. Величина скачка окислительно-восстановительного потенциалу около 20 мВ. По времени

(5,4 мин) определения находят количество генерированного хлора

Т- 0,1045

определяют содержание

X 11,29. По найденному

-су хлорному числу

лигнина Y 1,145 . 11,29 - 0,41 12,5%, что явно занижено, так как

содержание лигнина по Комарову составляет 27,49% (среднее из четырех определений).

П р и м е р 2 (контрольный). Навеску (50 мг) древесной муки из экстрагированных спирто-бензольной смесью сосновых опилок помещают в стаканчик емкостью 40 мл, приливают к навеске 1 мл 0,3 н. раствора гидро- оксида натрия и перемешивают магнитной мешалкой в течение 5 мин. Затем добавляют 14 мп дистиллированной воды и 15 мл 2 н, раствора соляной кислоты. Дальнейшую обработку проводят по примеру 1 (дифрагменный электролиз). Время обработки 9,1 мин. Хлорное число 19,0 %. Содержание лигнина расчетное 21,3%. Точность определения низка, так как содержание лигни- на по Комарову 27,49%.

11римерЗ(по предлагаемому способу). Навеску небеленой лиственной сульфатной целлюлозы (0,5108 г, 0,937) помещают в стакан ем- костью 150 мл, приливают 1 мл 0,1 HI раствора гидроксида натрия, 49 мл воды при перемешивании в течение 15 мин (масса должна стать однородной), после чего приливают 50 мл 2 н раствора соляной кислоты, не останавливая перемешивания. Осуществляют электрохимическое хлорирование в без диафрагменном электролизе, для чего

на стакан устанавливают крышку с про

резью для мешалки. Крышка смонтирована с двумя генераторными электродами (анодом и катодом с площадью по 1 см и с двумя измерительными электродами (платиновый индикаторный из проволо- ки диаметром 0,5 мм и хлорсеребряный электрод сравнения, насыщенный),Контроль величины окислительно-восстановительного потенциала при помощи рН- метра рН - 673 и потенциометра - са- мописца КСП-4. Электролиз ведут при силе тока 50 мА. (уд. сила тока 0,1 А/г), температура комнатная. С началом электролиза включают диаграмму КСП-4 и секундомер. Кривая ОВП в первую минуту электролиза снижается от начального значения +300-400 мВ (относительно хлорсеребряного электрода) до отрицательных значений около -300 мВ, вследствие адсорбции во- дорода, выделяющегося на катоде, на платиновом индикаторном электроде (мешалку с начала определения не выключают). В течение всего времени определения ОВП находится в отрицательной области. В точке эквивалентности происходит скачкообразное повьшгение ОВП до 1000 мВ в положительную область, связанное с появлением избытка хлора. В момент скачка ток автоматически выкЛ5очается электронным ключом, останавливают секундомер. Продолжительность определения, т.е. времени генерирования хлора, составляет 10 мин 50 с (10,82 мин). По формуле

X находят хлорное чис-

0 j|045

6-/ cyi.

ло X 2,36% и жесткость Y 51,5 Х .- 44,6 76,9 п.е. Жесткость расчетная 76,9 п,е. По химическому анализу 76,0 п.е. Отклонение 0,9 п.е. или 1,18%, т.е. точность вьш1е, чем в примерах 1 и 2.

Пример 4 (контрольный по предлагаемому способу). Навеску той же целлюлозы подвергают обработке, как в примере 3, однако щелочную обработку проводят в течение 12 мин. Отклонение результата составляет 4,2 %, т.к. X 2,40 %, Y . 51,5.Х - - 44,.6 79,2. Расчетная жесткость 79,2. Фактическая по хим. анализу 76,0 п.е.

Пример5 (по предлагаемому способу). Навеску (43,0 мГ, 0,9381) древесной муки из экстрагированных спирто-бензольной смесью сосновых опилок помещают в стеклянный стаканчик от рН-метра, емкостью 40 мл. Осторожно добавляют к навеске 1 мл 0,5 н, раствора гидрооксида натрия и включают магнитную мешалку (60-120 об/мин во избежание разбрызгивания пробы). Через 5 мин перемешивания, не прекращая его, добавляют 14 мл дистиллированной воды и 15 мл 2 H.HCl (общий объем достигает 30 мл устанавливают крьпику с электродами, так в примере 3, и проводят электролиз при силе тока 50 мА (уд. сила тока 1,25 А/г). Время до скачка ОВП до 100.0 мВ - 9 мин 27 с (9,45 мин). Рассчитывают хлорное число X и содержание лигнина 1ц .

X ..2iIoi5

0,0430. 0-,9381

Y,. 1,145г24,48-0,41 27,62 %

Среднее из четырех определений лигнина по Комарову - 27,49%. Отклонение 0,47 %. Способ обеспечивает высокую точность.

П р и м е р 6 (контрольный). Навеску той же древесной муки подвергают обработке как в примере 5, однако щелочную обработку проводят в течение 4-мин. Расчетное содержание лигнина 29,30%, по Комарову 27,49, отклонение 1,81 % лигнина или 6,6% измеряемой величины (т.е. точность недостаточна).

Результаты по-эффективности опре- делеиия приведены в таблице.

Изобретение позволяет повысить аналитическую точность определения.

Способ легко автоматизируется, удобен в аналитической работе, приближается к микроаиализу, требуя для определения от 40 до 600 мг лигио- целлюлозного материала и от 30 до 100 мл общего объема раствора, считая воду. Способ универсален, так как позволяет определять хлорное число и содержание лигнина в целлюлозах и лигноцеллюлозных материалах, содержащих от 3 до 30% лигнина, а также определить перманганатную жесткость целлюлоз в пределах (10 - - 15) - (110-120) перманганатных

13665706

единиц, также характеризукядую содержание лигнина в целлюлозе.

Формула изобретения 5

1.Способ определения содержания лигнина в лигноцеллюлозном материале, включакиций электрохимическое

Q хлорирование лигноцеллюлозного материала в растворе соляной киЬлоты с непрерывным измерением окислительно- восстановительиого потенциала, установление хлорного числа при достиже15 НИИ максимального значения окислительно-восстановительного потенциала и оценки искомой величины по найденному значению хлорного числа, о т - .личающийся тем, что, с

20 целью повышения точности определения, перед электрохимическим хлорированием лигноцеллюлозный материал обрабатывают 0,1 - 0,5 н. раствором гидрокси- да иатрия в течение 5-|5 мин, а элект

25 рохимическое хлорирование осуществляют в бездиафрагменном электролизере.

2.Способ non.l, отличающийся тем, что электрохимическое хлорирование ведут при удельной силе

30 тока 0,08 - 1,25 А/г и концентрации раствора соляной кислоты 1-2 н

Формула изобретения

1.Способ определения содержания лигнина в лигноцеллюлозном материале, включакиций электрохимическое

хлорирование лигноцеллюлозного материала в растворе соляной киЬлоты с непрерывным измерением окислительно- восстановительиого потенциала, установление хлорного числа при достижеНИИ максимального значения окислительно-восстановительного потенциала и оценки искомой величины по найденному значению хлорного числа, о т - личающийся тем, что, с

целью повышения точности определения, перед электрохимическим хлорированием лигноцеллюлозный материал обрабатывают 0,1 - 0,5 н. раствором гидрокси- да иатрия в течение 5-|5 мин, а электрохимическое хлорирование осуществляют в бездиафрагменном электролизере.

2.Способ non.l, отличающийся тем, что электрохимическое хлорирование ведут при удельной силе

тока 0,08 - 1,25 А/г и концентрации раствора соляной кислоты 1-2 н

Изобретение относится к области химии древесины и технологии целлнзло- зы и позволяет повысить точность определения. Способ осуществляют еле- дую1цим образом. Навеску лигноцеллю- лозного материала -(целлюлоза высокого выхода, сульфатная целлюлоза,термомеханическая масса, древесина) помещают в емкость и обрабатывают 0,1 - 0,5 н. раствором гидроксида натрия в течение 5-15 мин при перемешивании. Затем осуществляют электрохимическое хлорирование в бездиафрагменном электролизере при удельной силе тока 0,08-1,25 А/г и концентрации раствора соляной кислоты 1-2 н. В процессе хлорирования непрерывно измеряют окислительно-восстановительный потенциал и при достижении его максимального значения определяют хлорное число, по которому вычисляют содержание лигнина в лигноцеллюлозном материале. I з.п. ф-лы, 1 табл. С (Л

Обессоленная сосновая древесина (мука)

27,49

Термомеханическая древесная масса (ТММ)

Лиственная сульфатная целлюлоз а

76,0

Полубеленая хвойная сульфатная целлюлоза

24,4

Продолжение таблицы

29,0